试验三几何精度因子

卫星导航实验卫星导航实验 小组成员：小组成员： 栾桂林（栾桂林（081041118081041118）） 葛葛蕾（蕾（081041208081041208）） 莫明君（莫明君（081041218081041218）） 任佳艺（任佳艺（081041220081041220）） 郑佳星（郑佳星（081041235081041235）） 1 实验三实验三 几何精度因子（几何精度因子（DOPDOP）的实时计算与分析）的实时计算与分析 一、实验目的一、实验目的 1、 理解几何精度因子在整个 GPS 接收机导航解算过程中所起的作用及解 算几何精度因子的必要性； 2、 了解 GDOP、VDOP、PDOP、HDOP、TDOP 等不同几何精度因子的计算过程 及所起的作用； 3、 理解 DOP 值与卫星几何分布的关系。 包括 DOP 值较小或较大时卫星的 几何分布情况； 4、了解不同应用场合对 DOP 门限值的要求。 二、实验原理二、实验原理 不同的 GPS 接收机由于采用了不同的定位算法，其输出的位置/时间解的精 度是不同的。 但是在定位精度已知的情况下，其输出值的可信程度是靠什么来判 定的呢？这就涉及到本实验要研究的内容：几何精度因子（DOP） 。 利用 GPS 进行绝对定位或单点定位时，位置/时间解的精度主要取决于： （1）所测卫星在空间的几何分布（通常称为卫星分布的几何图形） ，即几何精度 因子； （2）观测量精度，即伪距误差因子。它是由观测中各项误差所决定的。粗略地 讲，GPS 解的误差用下式来估计： （GPS 解的误差）=（几何精度因子）×（伪距误差因子） 即 其中σ X 是 GPS 解的误差，DOP（几何精度因子）是权系数阵主对角线元素 的函数，σ 0 是伪距测量中的误差。 权系数阵的定义如下： 其中 G 为由接收机到可视卫星的方向余弦距阵， 而元素 q ij 表达了全部解的 精度及其相关性信息，是评价定位结果的依据。 2 •高程几何精度因子 VDOP(Vertical DOP):相应的高程精度为： •空间三维位置几何精度因子 PDOP(Position DOP)：相应的三维定位精度为： •二维水平位置几何精度因子 HDOP(horizontal DOP)：相应的平面位置精度为： •接收机钟差几何精度因子 TDOP(Time DOP)：钟差精度： •总几何精度因子 GDOP(Geometric DOP)：描述空间位置误差和时间误差综合影 响的精度因子，总的测量精度为： 三、三、 实验内容及步骤实验内容及步骤 1、运行主程序以取得目前可视卫星的实时导航数据（如 GPS 时间、各颗卫 星的星历等） ； 2、 运行本实验程序， 步骤 1 中截取的所有 GPS 时间就会出现在 “选择 GPS 时刻”列表框的下拉菜单中，任意选择一个 GPS 时刻； 3、由于 DOP 值的解算需要已知本地接收机位置以及不少于 4 颗的可视卫 星的位置， 如果在所选 GPS 时间天空中的可视卫星数小于 4 颗， 则不能解算出 此时刻的 DOP 值，会弹出“无法计算 DOP 值”对话框。则需要选择其它时间进 行解算。 4、若所选 GPS 时间天空中的可视卫星数在 4 颗以上，则在程序界面的实 时卫星分布图中会出现本时刻所有可视卫星位置， 同时在右面的相应位置会出现 本时刻的各个 DOP 值。 3 5、根据表 1 记录不同时刻的 DOP 值，比较不同时刻 DOP 值的变化情况， 尤其是可视卫星个数发生变化的时刻， 初步总结 DOP 值与卫星几何分布的关系。 6、点击“定量分析”键，进入对 DOP 值的准确分析阶段。此时，程序界面 内的卫星分布图上会出现 4 颗卫星，同时会出现每颗卫星的方位角和仰角，在 右面的相应位置会出现卫星在这种分布情况下的 DOP 值。 7、移动这 4 颗卫星，可得到卫星在不同几何分布情况下的实时 DOP 值以 及各个卫星准确的方位角和仰角。 根据表 2 记录 4 颗卫星在不同几何分布情况 下，各个卫星的方位角和仰角以及对应的各个 DOP 值，比较各条记录，总结并 验证课本中讲到的 DOP 值与卫星几何分布的关系。 四、数据统计及数据分析四、数据统计及数据分析 数据１数据１ １GPS 时间 281674 可视卫星数目 4 可视卫星序号 4、10、13、17GDOP PDOP HDOP VDOP TDOP ２GPS 时间 281675 可视卫星数目 4 可视卫星序号 4、10、13、17GDOP PDOP HDOP VDOP TDOP ３GPS 时间 281699 可视卫星数目 4 可视卫星序号 4、10、13、17GDOP PDOP HDOP 4 DOP 5.810 4.699 4.032 2.413 3.417 DOP 5.811 4.700 4.033 2.414 3.418 DOP 5.842 4.723 4.046 VDOP TDOP ４GPS 时间 281679 可视卫星数目 5 可视卫星序号 4、10、13、17、 28 GDOP PDOP HDOP VDOP TDOP ５GPS 时间 283578 可视卫星数目 5 可视卫星序号 2、4、10、12、 17 GDOP PDOP HDOP VDOP TDOP ６GPS 时间 280584 可视卫星数目 6 可视卫星序号 2、4、10、13、 17、28 GDOP PDOP HDOP VDOP TDOP ７GPS 时间 283295 可视卫星数目 6 可视卫星序号 2、4、5、10、12、 17 GDOP PDOP HDOP VDOP 5 2.436 3.439 DOP 4.326 3.533 3.363 1.084 2.495 DOP 5.044 4.206 3.276 2.638 2.783 DOP 2.809 2.399 2.148 1.068 1.461 DOP 4.110 3.398 3.120 1.346 TDOP ８GPS 时间 283354 可视卫星数目 6 可视卫星序号 2、4、5、10、12、 17 GDOP PDOP HDOP VDOP TDOP ９GPS 时间 283487 可视卫星数目 6 可视卫星序号 2、4、5、10、12、 17 GDOP PDOP HDOP VDOP TDOP DOP DOP 2.312 4.137 3.419 3.139 1.355 2.330 4.197 3.465 3.180 1.347 2.368 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 GDOPPDOPHDOPVDOPTDOP 表格1 表格2 表格3 总结１： 可视卫星数目相同并且可视卫星序号也相同的情况下，尽管ＧＰＳ时间 的不同，ＤＯＰ的各个数据数值变化不大。 （参考表１,２,３） 6 4 2 0 GDOPPDOPHDOPVDOPTDOP 表格4 表格5 6 总结２： 在可视卫星数目相同且可视卫星序号不同的情况下，ＧＰＳ时间不同导 致各个卫星间的角度发生了较大的变化， 所以ＤＯＰ的各个数据数值总体上也存 在较大的变化； （参考表４，５） 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 GDOPPDOPHD